Au cours de la dernière année, une chose est devenue claire :nous ne pouvons pas vivre sans risque. En réalité, chaque partie de nos routines quotidiennes a fait l'objet d'une analyse :quel est le degré de risque de l'action et sa valeur vaut-elle le coût potentiel ?

Analyse de risque, bien qu'apparemment plus présent dans nos pensées aujourd'hui, a toujours fait partie de notre mode de fonctionnement et du fonctionnement des systèmes qui nous entourent. En tant que nouvelles pressions, comme le changement climatique, approfondir, l'exactitude et la fiabilité des modèles d'analyse des risques concernant des questions aussi fondamentales que la propreté de notre eau potable sont devenues plus importantes que jamais.

chercheurs de l'USC, dont Felipe de Barros, professeur agrégé de génie civil et environnemental à l'USC Viterbi School of Engineering, ont développé une variété de modèles qui peuvent aider à évaluer comment les contaminants émergents se dispersent, dissoudre et finalement impacter la qualité de l'eau et la résilience des aquifères.

« L'environnement souterrain est très complexe et difficile à suivre, parce que nous ne pouvons pas le voir, " a déclaré de Barros. "Nous n'avons pas d'informations détaillées sur la profondeur des contaminants, à quelle distance ils sont répartis, d'où ils viennent, avec quels autres contaminants ils se sont mélangés ou comment les propriétés géologiques varient dans l'espace."

Ces questions sont exactement sur lesquelles de Barros et son équipe travaillent. Récemment, de Barros et ses collaborateurs ont développé un modèle analytique qui peut aider à prédire la propagation des contaminants dans les milieux poreux fracturés selon différents scénarios de débit d'eau. Ce travail a été présenté dans Revue de Physique Fluides . L'avantage du modèle analytique développé par de Barros et ses collaborateurs est qu'il permet d'examiner les relations entre divers paramètres géologiques et physiques pour voir comment ils influent sur la dissolution d'un contaminant lorsque l'eau s'écoule d'un point à un autre.

"C'est comme étudier des réalités alternatives, comme dans un univers de bande dessinée, " a déclaré de Barros. " Si vous pouvez comprendre ce qui se passe avec chaque scénario différent, vous pouvez mieux prévoir les résultats en temps réel et mieux allouer les ressources pour atténuer le problème."

"Avec des outils comme celui-ci, vous pouvez faire des analyses de risques probabilistes et calculer et évaluer les risques associés à une installation de stockage de déchets, par exemple, ou avec une fuite accidentelle, ", a-t-il déclaré. "Nous pouvons également comprendre à quelle vitesse ces produits chimiques vont voyager dans ces environnements."

Par exemple, dire qu'il y a eu un déversement de produits chimiques près d'un aquifère. Avec une modélisation précise des risques qui tient compte des variables hétérogènes clés de l'environnement, les professionnels de la santé et les organismes de réglementation pourraient mieux comprendre la quantité de contaminant qu'ils peuvent s'attendre à être dans la source d'eau finale, dit de Barros.

"Cette modélisation peut aider avec des questions comme, « Dois-je investir plus d'argent dans la santé publique ou dans la caractérisation du site géologique ? Dois-je fermer le puits - ce qui est très coûteux - ou apporter de l'eau du robinet d'un autre endroit ou acheter de l'eau en bouteille, ou y a-t-il une connaissance raisonnable que l'eau peut encore être utilisée, une fois traité ?", a-t-il déclaré.

Un système complexe simplifié

Felipe de Barros et son équipe ont examiné la physique complexe de l'écoulement de l'eau à travers différents systèmes d'écoulement, à savoir là où le débit est restreint, comme à travers une membrane poreuse, rencontre la libre circulation, comme l'espace entre deux surfaces poreuses. La façon dont ces zones interagissent est importante pour déterminer comment un produit chimique se dissout ou se mélange dans une source d'eau, il a dit.

Au lieu de résoudre numériquement les équations physiques pour modéliser différents résultats, l'équipe a cherché à résoudre le problème en développant des solutions analytiques peu coûteuses en termes de calcul. L'identification des relations entre les éléments du modèle leur a permis de le « monter en gamme », simplifier les calculs impliqués en distillant ces tendances en moins de termes puis intégrés dans leur équation.

Pour créer un modèle qui encapsule ces paramètres et comportements clés, les chercheurs ont examiné les caractéristiques géométriques des structures souterraines. La porosité et la perméabilité du milieu souterrain ou le rapport d'aspect caractérisant les fractures ont été des éléments clés qui ont été considérés, dit de Barros.

Prise de décision avec des données

Il est difficile de prendre des décisions dans le vide. C'est pourquoi de Barros affirme que les outils développés au sein de son groupe de recherche pourraient changer la façon dont les installations de traitement de l'eau, les régulateurs et autres décident quoi faire dans divers scénarios. Alors que les eaux de surface deviennent de plus en plus rares, les sources souterraines et les options de traitement devront être de plus en plus exploitées. À la fois, cependant, avec la pollution et les contaminants chimiques s'infiltrant dans les sources d'eau, le défi consiste à identifier comment évaluer la sécurité d'un certain flux sans comprendre pleinement les inconnues invisibles qui l'affectent.

Une chose que notre recherche vise à aller, de Barros a dit, est de développer des modèles orientés applications qui améliorent notre compréhension fondamentale de l'interaction entre les milieux géologiques et le comportement de transport des solutés. Cela permettrait de voir comment la dispersion des contaminants est influencée par les conditions changeantes. Par exemple, comment un contaminant s'infiltre-t-il de l'autre côté d'une roche fissurée par rapport à une roche qui n'a pas de fissures ? Parce que tant de contaminants potentiels peuvent être trouvés dans l'eau, cela aide à créer une compréhension générale du système souterrain sans compter sur la connaissance exacte des contaminants en question.

Cette connaissance peut également permettre la rétro-ingénierie, par exemple, la construction d'un système pour avoir certaines conditions hydrogéologiques qui pourraient aider à atteindre une concentration chimique souhaitée ou un rendement de qualité de l'eau.

"Comprendre comment la concentration d'un produit chimique change dans un système donné à travers l'espace et le temps peut avoir des implications pour la santé publique, les opérations de traitement des eaux mais aussi les politiques réglementaires, par exemple tel qu'il est publié par l'EPA des États-Unis, " a déclaré de Barros.